掘進工作面瓦斯涌出綜合預(yù)測系統(tǒng)

羅永豪，邢玉忠

（太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024）

掘進工作面瓦斯涌出綜合預(yù)測系統(tǒng)

羅永豪，邢玉忠

（太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，山西 太原 030024）

針對掘進工作面瓦斯涌出問題，提出了一套綜合系統(tǒng)的預(yù)測方法，包括了瓦斯涌出的兩大類因素：一類是持續(xù)穩(wěn)定地影響瓦斯涌出因素（包括開采深度、掘進速度、煤層厚度等），一類是可能引起瓦斯涌出突贈因素（包括大氣壓力、地質(zhì)構(gòu)造、瓦斯積聚煤層等）。綜合預(yù)測系統(tǒng)有助于較全面地排除危險源，可對規(guī)范化安全管理提供依據(jù)。

掘進工作面；瓦斯涌出；系統(tǒng)預(yù)測

1 掘進工作面瓦斯預(yù)測的研究現(xiàn)狀

礦井瓦斯涌出量預(yù)測工作是煤礦新井或生產(chǎn)礦井的通風設(shè)計、瓦斯抽放工程設(shè)計、瓦斯防治工作不可缺少的重要環(huán)節(jié)，它影響著煤礦生產(chǎn)過程中的安全可靠性。只有準確預(yù)測礦井或掘進工作面的瓦斯涌出量，提前采取必要防治措施，才能保證礦井安全生產(chǎn)[1]。國內(nèi)外有關(guān)掘進工作面的瓦斯預(yù)測方法有許多種，較為典型的有：應(yīng)用GIS（Geographic Information System）平臺和C++Builder軟件進行預(yù)測[2]，基于電磁輻射原理的煤與瓦斯突出危險性預(yù)測[3]，采用距離判別分析理論進行瓦斯預(yù)測[4]，應(yīng)用模糊聚類分析進行煤與瓦斯突出預(yù)測[5]，采用突出預(yù)測指標（q，S，Δh2）進行瓦斯預(yù)測[6]等等。這些預(yù)測方法對煤礦安全高效生產(chǎn)起到了重要的作用，但是各種預(yù)測方法精度不一，適合范圍也有差別；有的預(yù)測方法在某個礦井的預(yù)測效果較好，但在其它礦區(qū)的效果不理想；有的在某一季節(jié)的預(yù)測結(jié)果符合實際，但在其他季節(jié)誤差較大；而且許多預(yù)測方法對地質(zhì)構(gòu)造帶缺乏考慮?？傊?，找到一種系統(tǒng)的、穩(wěn)定的、廣泛適用的預(yù)測瓦斯涌出的方法已經(jīng)迫在眉睫。

2 綜合預(yù)測系統(tǒng)考慮因素

掘進工作面預(yù)測瓦斯涌出包括兩方面：一方面是常規(guī)涌出預(yù)測，一方面是突然涌出預(yù)測。因此，系統(tǒng)預(yù)測所考慮的因素也可分為兩類：一類是持續(xù)穩(wěn)定的影響瓦斯涌出的因素（如開采深度，掘進速度煤，煤層厚度等），一類是可能引起瓦斯涌出量突然增加（甚至瓦斯突出）的因素（如大氣壓力突然變化，遭遇斷層等可貫通其它含瓦斯地層的地質(zhì)構(gòu)造，遭遇瓦斯積聚區(qū)域等）。本文重點分析如下：

地質(zhì)條件正常、采礦技術(shù)條件相似的條件下，在甲烷帶內(nèi)相對瓦斯涌出量與開采深度呈近似線性關(guān)系[7]，該直線的斜率稱為瓦斯涌出量梯度a，表達式為：

式中：H1、H2為分別為甲烷帶內(nèi)的兩個開采深度，m；q1、q2為對應(yīng)于H1，H2深度的相對瓦斯涌出量，m3/t；n為指數(shù)，現(xiàn)代開采深度條件下，一般n=1。

巷道掘進速度越快、煤層越厚，瓦斯涌出量越大，其關(guān)系為：

當Lj/V≤巷道煤壁瓦斯極限排放期Tj時，Qjb用下式：

當Lj/V＞Tj時，在式（3）中以Tj代替Lj/V進行計算。

式中：Qj為掘進巷道瓦斯涌出量，m3/min；Qjb為巷道壁瓦斯涌出量，m3/min；Qjm為落煤瓦斯涌出量，m3/min；n為不移動暴露煤壁個數(shù)；m為煤層厚度，m；V為巷道平均掘進速度，m/min；Lj為掘進巷道長度，m；b為掘進巷道平均寬度，m；ρ為煤的密度，t/m3；x0為煤層原始瓦斯含量，m3/t；x1為運到地面煤的殘余瓦斯含量，m3/t；C為單位面積煤壁初始瓦斯涌出量（初始比流量），m3/(m2·min)，它可以利用經(jīng)驗公式來確定。

對于瓦斯涌出量突然增加的因素，很難進行定量描述，只能進行定性判斷。但是這些因素如果不加重視，往往導(dǎo)致嚴重事故。理論分析和實測表明：氣壓的驟變會使采空區(qū)瓦斯大量涌出，其中自由態(tài)瓦斯對壓力變化的反應(yīng)更為敏感；工作面的通風靜壓與采空區(qū)的壓力保持動態(tài)平衡，自由空間體積越大，影響越明顯；對于封閉采空區(qū)，瓦斯的濃度隨壓力變化較小[8]。

3 綜合預(yù)測系統(tǒng)步驟概況

綜合系統(tǒng)預(yù)測法旨在：將導(dǎo)致掘進巷道瓦斯涌出量變化的因素盡量地都考慮進去，然后有條理地借助計算機加以分析計算，其總體思路是先考慮可能引起瓦斯涌出量突然增加的因素，再考慮持續(xù)穩(wěn)定的影響瓦斯涌出的因素，預(yù)測步驟，見圖1。

4 結(jié)束語

圖1 綜合預(yù)測系統(tǒng)步驟

由于煤礦井下環(huán)境的復(fù)雜多樣，單憑一種預(yù)測方法很難保證安全高效生產(chǎn)。綜合系統(tǒng)的預(yù)測方法可將危險源逐一排除，不僅能預(yù)測出掘進工作面的常規(guī)瓦斯涌出量，而且有助于預(yù)防因非常規(guī)因素導(dǎo)致的瓦斯突出事故。借助于計算機，可高效地進行預(yù)測，系統(tǒng)化的預(yù)測有利于規(guī)范化管理；但是煤礦井下生產(chǎn)因素特多，而且有些因素尚未認識清楚，所以綜合系統(tǒng)的預(yù)測方法還需不斷改進。

[1]張少帥，楊勝強.分源法瓦斯涌出量預(yù)測工作探討[J].煤炭技術(shù)，2011，30(9):266-268.

[2]李石林，馮濤，王鵬飛，朱卓慧.GIS在采掘工作面瓦斯涌出預(yù)測中的應(yīng)用[J].西安科技大學(xué)學(xué)報，2011，31(6):711-714，723.

[3]魏剛.基于電磁輻射原理的煤與瓦斯突出危險性預(yù)測[J].黑龍江科技學(xué)院學(xué)報，2011，21(5):389-394.

[4]孫浩博，王恩元，董超，晉明月.距離判別分析理論在突出預(yù)測中的應(yīng)用[J].煤礦安全，2012，43(2):88-91.

[5]徐洪濤.模糊聚類分析在煤與瓦斯突出預(yù)測中的應(yīng)用[J].山西焦煤科技，2011(8):4-6.

[6]任培良，李國旗.義安礦突出預(yù)測指標統(tǒng)計及影響因素分析[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2011，38(5):80-82，86.

[7]俞啟香.礦井瓦斯防治[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1992.

[8]李學(xué)武，張廣文，劉偉清.大氣壓力對濟三煤礦綜采區(qū)瓦斯涌出的影響[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2008，36(12):52-55.

Integrated Forecasting System of Gas Emission in Driving Face

LUO Yong-hao,XING Yu-zhong
(1.College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024）

To solve gas emission in driving face,a set of integrated forecasting methods were proposed. The gas emission was caused by two groups of factors:one group influencing the gas emission consistently, including mining depth,driving speed,and strata thickness;the other group causing emission spurt,including air pressure,geological structure,and gas accumulating seam.The integrated forecasting system could eliminate hazards more comprehensively and provide reference for standardized safety management.

driving face;gas emission;forecasting

TD712+.5

A

1672-5050（2012）11-0043-02

2012-09-10

羅永豪（1987—），男，河北邢臺人，在讀碩士研究生，研究瓦斯檢測工作。

樊 敏